基于Live555实现RtspServer及高清高分辨率和高码率视频传输优化

基于Live555实现RtspServer及高清高码率视频传输优化

最近做了一些pc和嵌入式平台的RTSP服务器项目，大多数的要求是简单但是功能全面，并且性能还要强劲。综合考虑后，基本都是在基于live555的基础上进行开发，在进行Live555本身的优化以及程序内部视频数据传输的优化后，不仅实现了需求而且性能还超出预期，实现了10Mbps高码率的1080p以上高分辨率高清视频的流畅直播。这里将一些优化点分享一下：

为什么基于Live555开发

其实之前我就已经开发过一个RTSP Server程序，并且写了一篇文章进行了介绍“一个RtspServer的设计与实现和RTSP2.0简介”,不过当时开发的目的除了实现RTSP直播以外，主要目的还是简化代码以方便定制，因此并没有完全实现RTSP协议里的所有交互细节，要在它的基础上扩展全面，可能会拖延项目进展。基于项目考虑，选择了自己比较了解也认为比较优秀的RTSP开源项目Live555作为基础，开发RTSP Server程序。

Live555是一个跨平台的流媒体解决方案，以C++为开发语言，实现了RTSP包括服务器-客户端的整套结构，并且支持H.264, H.265, MPEG, AAC等多种视频和音频编码，是很知名的一个开源项目。作为RTSP Server，源码里只有对于本地文件的视频源，不过它的扩展性强，可以在Live555提供的一些基类基础上开发出适合自己项目需求的服务程序。

Live555架构和RTSP数据流程

Live555的核心模块

RTSP服务器和客户端的交互流程

Live555流媒体模块及服务端的处理流程

Live555的流媒体模块基本分为Source和Sink两大部分，当然他们也有一个共同的基类Medium。对服务器来说，Source为数据来源，Sink为数据输出，视频数据就通过MediaSource传递给MediaSink，最终通过RTPInterface网络传输给客户端。一下为服务端所用到的模块以及继承关系:

如同上图所示意的，通过完成自己的ServerMediaSubsession和MediaSource来实现将需要直播的H.264编码数据传递给live555，以实现RTSP直播。

高码率视频数据传输的优化点

对高清高码率的视频画面，每一帧的视频数据就会比较大，这个数值往往会超出live555内部默认的内存处理大小，因为对于live555的优化，主要就是集中在内存缓冲大小的扩大，以及避免内存数据拷贝。以下为根据实际开发和测试所总结出来的有效的优化点：

1. 扩展帧解析buffer大小，即BANK_SIZE，默认值为150k，根据传输的H264数据帧大小，至少设置为300k。否则超出大小，可能会被Live555抛弃。
2. 增加OutPacketBuffer::maxSize大小，同样为了容纳超大帧数据，否则可能会导致数据丢失。
3. 在RTPInterface中，增加socket发送缓冲区大小，即increaseSendBufferTo函数的参数值
4. 对MultiFramedRTPSink::sendPacketIfNecessary中，可以直接调用sendNext尝试组建RTP报文发送数据包，这样修改的优点是已读取的数据会被尽快发送出去，不过也多占用一些线程时间。
5. 对于应用程序将数据从自己的线程传递给Live555的时候，应该尽量减少内存拷贝，最好是通过内存池的形式，以避免拷贝内存阻塞Live555事件循环

经过以上修改，以及应用程序内部代码的优化，在实际应用中，已经实现了10Mbps高码率的1080p以上高分辨率高清视频的流畅直播。

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